Definicija učinske elektronike

Definicija mora iskazati u koje veće područje spada predmet definicije i u čemu se predmet definicije razlikuje od tog većeg područja. Dakle, mora se iskazati najbliži rod (genus proximum) i vrsna razlika (differentia specifica).

Energetska elektronika je dio elektronike Energetska elektronika je dio elektronike (najbliži rod)(najbliži rod) koji se koristi za pretvorbu obilježja koji se koristi za pretvorbu obilježja električne energije i za upravljanje tokom električne energije i za upravljanje tokom električne energije električne energije (vrsna razlika).(vrsna razlika).

Važno je da se pretvorba obilježja odvija uz veliku djelotvornost.

U definiciji javljaju se dva ključna pojma: U definiciji javljaju se dva ključna pojma: elektronikaelektronika i i obilježja električne energijeobilježja električne energije. .

ElektronikaElektronika je grana znanosti i tehnike koja je grana znanosti i tehnike koja obuhvaća izučavanje i primjenu onih pojava obuhvaća izučavanje i primjenu onih pojava povezanih s gibanjem slobodnih elektrona i električki povezanih s gibanjem slobodnih elektrona i električki nabijenih čestica u vakuumu, plinovima, tekućinama i nabijenih čestica u vakuumu, plinovima, tekućinama i poluvodičima koje se ostvaruju u komponentama poluvodičima koje se ostvaruju u komponentama elektroničkih uređaja. Dakle, ako neki sklop sadrži elektroničkih uređaja. Dakle, ako neki sklop sadrži elektroničku komponentu onda je to elektronički sklop elektroničku komponentu onda je to elektronički sklop i pripada grani znanosti koja se naziva elektronika. i pripada grani znanosti koja se naziva elektronika.

ObilježjaObilježja električne energije su: valni oblik napona, električne energije su: valni oblik napona, valni oblik struje, frekvencija i broj faza.valni oblik struje, frekvencija i broj faza.

Definicija učinske elektronike

Analizirajmo sljedeći problem

ISTOSMJERNI PRETVARAČ

(DC/DC)

Napon izvora: 100 V

Trošilo: 50 V, 10 A, 500 W

Kako se ovaj pretvarač može ostvariti?

Pokušajmo pomoću disipativne komponente…promjenjivi otpornik

……ili možda pomoću tranzistora u linearnom području rada

Linearno pojačalo i upravljanje strujom baze

Pokušajmo pomoću preklopke

Položaj

preklopke

Preklopka mijenja srednju vrijednost napona na trošilu – obilježje električne energije

faktor opterećenja sklopke

sklopna perioda

sklopna frekvencija

Istosmjerna komponenta

srednja vrijednost

Položaj

preklopke

Dodavanje niskopropusnog filtra “gladi” napon na trošilu

maleni

Potrebno je odabrati filtar presječne frekvencije f0 mnogo manje od sklopne frekvencije fS.

Kasnije će te ovaj sklop prepoznati kao silazni istosmjerni pretvarač !

Gdje sve susrećemo učinsku elektroniku ?…pogledajmo elektroenergetski sustav

Procesna industrija

- istosmjerni elektromotorni pogoni

- izmjenični elektromotorni pogoni

- elektrotermija

- elektrokemija

Napajanje električnom energijom

- neprekinuto napajanje izmjeničnim naponom

- neprekinuto napajanje istosmjernim naponom

- uklapanje i isklapanje trošila

Primjeri trošila učinske elektronike

Stanovi i uredi

- klimatizacija (grijanje i hlađenje)

- rasvjeta

- računala i uredska oprema

- dizala

Primjeri trošila učinske elektronike

Učinska elektronika i elektroenergetika u budućnosti ???

Učinska elektronika i elektroenergetika u budućnosti ???

Važne buduće primjene učinske elektronike

-primjena i prilagodba novih i alternativnih izvora energije (vjetar, sunce, gorive ćelije, …)

- bolja kvaliteta i dostupnost električne energije

(FACTS, SVC, UPFC, …)

- novi materijali za poluvodičke sklopke (SiC)

- primjena u transportnim sustavima na zemlji, tračnicama, moru,…

Različite tehnologije pretvorbe energije vjetra

Zastupljenost pojedinih izvora električne energije u Europi

Različite tehnologije pretvorbe energije sunca

Klasični tiristorski i neki napredni sustavi za kompenzaciju

Primjena u željezničkom transportu

Pretvorba 3-faznog u jednofazni sustav napajanja

Elektromotorni pogoni vlakova

Jedna grana usmjerivača istosmjernog veleprijenosa

Podaci tiristora: probojni napon 7 kV, sklopna snaga 10 MW, promjer silicijeve pločice 150 mm.

Primjena učinske elektronike u elektroenergetici …

Krajnja stanica istosmjernog veleprijenosa (Brazil)

Vratimo se sada malo u prošlost

Načela energetske elektronike bila su poznata i početkom prošlog stoljeća (1935.)

I danas se mogu prepoznati ovakvi pretvarački sklopovi

Učinska elektronika razvijala se i u Hrvatskoj

Tiristorski usmjerivač – HE Đerdap

Tiristorski usmjerivač za napajanje uzbude sinkronog generatora u HE Đerdap (1500 V, 1500 A, Končar)

Diodni ispravljač za napajanje istosmjernih motora na diodnoj lokomotivi (Končar)

Napajanje vučnih motora tiristorske lokomotive

Izmjenjivač (4 kVA, 115 V) za napajanje izmjeničnih trošila na podmornici

I danas, nastavljajući tradiciju, Hrvatska proizvodi sofisticirane uređaje učinske elektronike

Novi zagrebački električni tramvaj. Končar – Institut za elektrotehniku razvio je glavni EMP-on i pretvarač za napajanje pomoćnih pogona, proizvodnja u tvornici Končar – INEM.

Podaci tramvaja (serija TMK 2200)

– duljina: 31,5 m– širina: 2,3 m– visina: 3,4 m– visina poda od ceste: 30-35 cm– težina kompozicije: 36 t– gustoća putnika: četiri osobe/m2

– najveća brzina: 70 km/sat– pogonska postolja: 3– motori (asinkroni): 65 kW (trajna

snaga)– pojna mreža (istosmjerna): 600 V (+20%, –30%)

Elektronička energetska (učinska) pretvorba

Mijenjanje jednog ili više obilježja električne energije bez značajnog gubitka snage upotrebom elektroničkih komponenti.

Elektronički učinski pretvarači spajaju dva, po nekom od obilježja električne energije, različita električka sustava.

Vrste elektroničke energetske pretvorbe

IZMJENIČNAPRETVORBA

ISTOSMJERNAPRETVORBA

IZRAVNA IZRAVNA

NEIZRAVNANEIZRAVNA

∼ –

∼ –

– ∼

tok energije

ISPRAVLJANJE

IZMJENJIVANJE

ISTOSMJERNAPRETVORBA

IZMJENIČNA

PRETVORBA

Primjer ispravljanja(izmjenično-istosmjerna pretvorba, AC/DC)

Ovo je važno, zapamtite !

Objašnjenje crtanja trofaznog sustava napona:

- najprije se nacrta trokutna funkcija,

- zatim se povuku paralele na dvostrukoj amplitudi trokutne funkcije i

- dodaju vrhovi sinusoida.

Primjer izmjenjivanja(istosmjerno-izmjenična pretvorba, DC/AC)

Najjednostavniji primjer izravne izmjenične pretvorbe (AC/AC), jednofazni regulator napona

Nešto složeniji primjer izravne izmjenične pretvorbe (izmjenično-izmjenična pretvorba (AC/AC))

Načelo neizravne izmjenične pretvorbe

Primjer neizravne izmjenične pretvorbe

ispravljač izmjenjivač

neizravni izmjenični pretvarač

Još jedan primjer izravne istosmjerne pretvorbe (DC/DC), tiristorski čoper

Načelo neizravne istosmjerne pretvorbe

Primjer neizravne istosmjerne pretvorbe

Ovo je jedan od simbola IGBT-a.

Usporedba informacijske a) i učinske b) elektronike

Već smo napomenuli da je u učinskoj elektronici ključna djelotvornost

out

loss

P

P

Visoka djelotvornost znači male gubitke u pretvaraču.

U tom su slučaju ostvarive male izmjere uređaja i pouzdan rad.

Djelotvornost je dobar pokazatelj ponašanja pretvarača.

Pokazatelji procesa pretvorbe

Djelotvornost:

Stupanj djelovanja procesa pretvorbe:

Faktor snage:

1

2

P

P

1

2

P

P fk

1

1

S

P

djelatna snaga trošiladjelatna snaga pojne mreže

djelatna snaga pojne mreže

djelatna snaga na željenoj frekvenciji

djelatna snaga pojne mreže

prividna snaga pojne mreže

Primjer izračunastupnja djelovanja procesa pretvorbe

1

2

P

P fk

djelatna snaga pojne mreže

djelatna snaga na željenoj frekvenciji

R

UDI

UDU

Bd

Bd

RUDP Bd

22

DP

Pdk

R

UDD

R

UUP BBB

2

T

tD on

Definicija elektroničkog učinskog pretvarača

Elektronički učinski pretvarač je operativna jedinica za elektroničku energetsku pretvorbu koja sadrži jedan ili više elektroničkih ventila, te transformatore, filtre i upravljačke sklopove ako je potrebno i ostale pomoćne sklopove ako ih ima.

Struktura elektroničkog učinskog pretvarača

Izmjenična mreža

3 x 380 V, 50 HzRegulirani objekt

(motor)Pretvarački sklop

Referentni signal

Okidni

uređaj

Upravljanje,

regulacija,

zaštita,

signalizacija i

mjerenje

Odgovor

Sinkronizacija

INFORMACIJSKIDIO

Povratne veze

ENERGETSKI DIO

Struktura elektroničkog učinskog pretvarača za napajanje motora

Predmet proučavanja učinske elektronike

Komponente sklopova

-elektronički učinski ventili (općenito)

- poluvodički učinski ventili

- magnetske komponente (transformatori i prigušnice)

- kondenzatori

- ostale komponente (osigurači, prigušni članovi i sl.)

Sklopovi

- za ispravljanje

- za izmjenjivanje

- za istosmjernu pretvorbu

- za izmjeničnu pretvorbu

Komponente uređaja

-elektronički sklopovi

- regulacijski krugovi

- krugovi upravljanja, signalizacije i zaštite

- ostale komponente (filtri, titrajni krugovi i sl.)

Uređaji

-pretvarači (ispravljači, izmjenjivači, istosmjerni pretvarači, izmjenični pretvarači)

- istosmjerne i izmjenične sklopke

Upotreba uređaja u postrojenjima

- djelovanje na izvore električne energije

- djelovanje na trošila

- ostali problemi elektromagnetske kompatibilnosti

Koja predznanja su potrebna za inženjersko bavljenje učinskom elektronikom?

- fenomenologija poluvodičkih komponenata

- elektromagnetika

- linearne i nelinearne mreže

- elektronika

- regulacija

- energetika

- strojarstvo (mehaničke konstrukcije)

- nauka o toplini

- elektromagnetska kompatibilnost

Što možete očekivati od predavanja iz učinske elektronike?

Najprije, upoznavanje s zadaćama koje rješava energetska elektronika. A zatim s postupcima i metodama rješavanja tih zadaća. Možemo reći: upoznavanje s pravilima igre energetske elektronike. No, nitko ne će naučiti energetsku elektroniku studirajući njena pravila igre!

Slično: nitko ne će naučiti igrati nogomet studirajući pravila nogometa, nego jednostavno igrajući; nitko ne će naučiti jedriti studirajući pravila jedrenja, nego jednostavno jedreći.

Zapamtite

Učinska elektronika je dio elektronike koji se koristi Učinska elektronika je dio elektronike koji se koristi za pretvorbu obilježja električne energije.za pretvorbu obilježja električne energije.

Pretvorba obilježja električne energije odigrava se u Pretvorba obilježja električne energije odigrava se u nelinearnoj mreži. Bitna komponenta ove nelinearne nelinearnoj mreži. Bitna komponenta ove nelinearne mreže je elektronički ventil.mreže je elektronički ventil.